戍天九思原创第694期
据2月15日新华社报道，近日，复旦大学科研人员创建出一种新型钙-氧气电池，可在室温条件下充放电，稳定运行700次循环，展现出高安全性、较低成本等优势，并为可穿戴电池织物的发展提供了新思路。相关成果已在线发表于《自然》主刊。
复旦大学新型钙-氧气电池实现两大突破
长期以来，钙-氧气电池虽然理论上具有最高的能量密度, 但一直无法实现室温下稳定充放电。主要面临两大难题：
一个是，钙金属负极具有高电化学活性，容易导致电解液被还原分解并在电极表面形成钝化层，使得钙金属负极失效。
另一个是，空气正极具有高电极电势，容易导致电解液氧化分解，正极电化学性能迅速衰退。
因此，一直难以找到一种能与钙金属负极相匹配，且能适应高电极电势空气正极的电解质，严重制约了钙-氧气电池的发展。
为此，复旦大学科研团队通过系统设计溶剂、电解质盐和电解质配比，成功制备出一种基于二甲基亚砜/离子液体的新型电解质，有效满足了电池正负极的高要求，构建了可室温工作的新型钙-氧气电池。
科研人员表示，最新创建出的钙-氧气电池主要由金属钙负极、碳纳米管空气正极和有机电解质三个部分组成。电池设计不仅优化了性能和成本，也兼顾了环境的可持续性与在柔性电子设备中的应用要求。其中，金属钙负极成本较低，且具有较高理论容量，同时可进一步将金属钙负载到柔性基底上，得到柔性的金属钙负极，为实现柔性钙-氧气电池奠定了基础；新型电解质在室温下表现出高离子导率，展示了稳定的电化学特性，显著提升了电池整体安全性。
据介绍，这种电池可支持室温条件下长达700次的充放电循环。团队还在此基础上成功构建出同时具有高柔性和高安全性的钙-氧气电池，可用于制备下一代可穿戴电池织物。
新型钙-氧气电池具有五大优势
室温下可充钙-氧电池具有五大优势：
一是高能量密度。一般来说，钙氧电池的理论能量密度可以达到600-1000Wh/kg，而普通的锂离子电池能量密度一般在150-250Wh/kg之间。因此，钙氧电池的理论能量密度大约是锂电池的4-6倍。这种电池可以提供更高的能量输出，满足一些高能量需求的应用场景。
二是高安全性。电解质采用基于二甲基亚砜/离子液体体系，这种电解质在室温下不仅表现出了高离子导率，还展示了稳定的电化学特性，显著提升了电池的整体安全性。
三是低成本。正极材料采用了较为环保的碳材料，不含昂贵的贵金属催化剂，并利用空气中的氧气作为反应物，这有助于降低电池的制造成本。
四是长循环寿命。目前，锂电池充放电循环寿命一般在500次—1000次。新型钙-氧气电池支持长达700次的充放电循环寿命，具有较高的耐用性和稳定性。
五是高柔性。金属钙负极可以进一步负载到柔性基底上，得到柔性的金属钙负极，这为实现柔性钙-氧气电池奠定了基础。这种电池还可以制成柔性纤维并进行编织，为可穿戴电池织物的发展提供了新思路。
新型钙-氧气电池应用前景广泛
目前，市场上的电池要么能量密度小，要么价格昂贵，要么寿命短，要么安全性差。而新型钙-氧气电池兼具能量密度大、价格便宜、循环寿命长、安全性好等诸多优势，十分难得罕见，有望取代锂电池，在可穿戴设备、电动汽车、储能系统等领域广泛应用。笔者目前更看好其储能应用。
我国钙资源非常丰富，新型钙-氧气电池不仅可能成为一种经济实惠的能源解决方案，而且有可能推动我国新能源发展并在全球占据有利地位。
